신경계는 전선망과 비슷하다. 감각 수용기가 빛·압력 같은 자극을 전기 신호로 바꾸고, 뉴런이 그 신호를 긴 줄기(축삭)를 따라 보낸 뒤, 접점(시냅스)에서 화학 물질로 다음 뉴런에 넘긴다. 전선과 달리 신호가 가는 도중 약해지지 않고 같은 크기로 다시 만들어지며 퍼진다. 대신 전선보다 훨씬 느리다.
예시로 보기
손등을 누르는 장면을 따라가 보자.
graph LR
S["자극<br/>(누르는 힘)"] --> R["촉각 수용기<br/>힘 → 전기"] --> F["신경 섬유<br/>전기 신호"] --> Y["시냅스<br/>전기 → 화학 → 전기"] --> N["다음 뉴런<br/>세포체·수상돌기"] --> A["축삭<br/>다시 전기 신호"]
신호의 형태는 물리 자극 → 전기 → 화학 → 전기로 바뀐다. 수용기는 환경의 자극을 받는 뉴런으로, 세포체 자리에 수용기가 있다.
다섯 감각은 모두 이런 수용기를 쓴다. 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각마다 따로 수용기가 있다. 모양은 제각각이지만 하는 일은 같다. 자기 감각의 자극을 전기 신호로 바꾼다.
축삭 안에 전극을 꽂고 밖의 기준 전극과 비교하면, 신호가 지나갈 때 전압이 이렇게 변한다.
| 순간 | 전극 위치의 막전위 |
|---|---|
| 신호가 오기 전 | −70 mV (휴지 전위) |
| 신호(신경 충격)가 전극 위를 지날 때 | +40 mV까지 치솟는다 |
| 신호가 지나간 뒤 | 다시 −70 mV |
치솟았다 돌아오는 이 펄스가 활동 전위(action potential)다. 크기는 약 110 mV(−70 → +40)다. 펄스가 축삭을 따라 옆으로 옮겨 가며 전달된다.
정의
- 수용기: 환경의 자극(빛, 압력, 소리, 화학 물질)을 전기 신호로 바꾸는 세포.
- 뉴런: 세포체, 수상돌기, 축삭(신경 섬유)으로 이루어진 신경 세포. 수상돌기로 신호를 받고 축삭으로 내보낸다.
- 시냅스: 뉴런과 뉴런이 맞닿는 곳. 보내는 뉴런의 축삭 끝에 있는 작은 주머니(시냅스 소포)가 신경 전달 물질을 내보낸다. 이 분자가 받는 뉴런의 수용 부위에 붙으면서 신호가 넘어간다.
- 휴지 전위: 신호가 없을 때 섬유 안쪽이 바깥보다 약 70 mV 낮은 상태.
수용기가 없으면 뉴런은 빛이나 소리를 직접 다루지 못한다. 뉴런이 다루는 신호는 전기와 화학 신호뿐이기 때문이다. 수용기는 공학의 센서(변환기, transducer)와 같은 역할을 한다1.
활용
- 휴먼 인터페이스의 입력 장치도 같은 구조다. 카메라의 이미지 센서는 빛을, 마이크는 공기 압력을 전기 신호로 바꾼다. 사람의 수용기와 장치의 센서는 “자극 → 전기” 변환이라는 같은 자리를 차지한다1.
- 신호가 몇 ms 단위로 전달되므로, 보고 반응하기까지 약 0.2초가 걸린다. 지각의 시간표가 그 누적이다.
연결
자주 하는 오해
틀렸다. 둘 다 “전기 신호”라서 같은 속도로 착각하기 쉽다. 전선 속 신호는 빛의 속도에 가깝게 퍼지지만, 신경 신호는 활동 전위를 한 칸씩 다시 만들며 나아가므로 초속 약 1~120 m 정도다2. 확인 방법: 지각의 시간표에서 눈에서 손가락 근육까지 180~260 ms가 걸린다. 이 거리를 빛의 속도로 가면 1 μs도 걸리지 않는다.
확인 문제
C1 피부를 누른 자극이 다음 뉴런에 전달되기까지 거치는 곳을 순서대로 쓰고, 단계마다 신호의 형태(물리·전기·화학)를 쓰라.
답: 자극(물리: 압력) → 수용기(물리를 전기로 바꿈) → 신경 섬유(전기) → 시냅스(신경 전달 물질: 화학) → 다음 뉴런의 수상돌기·세포체(다시 전기) → 축삭(전기).
흔한 오답: 시냅스에서도 전기가 그대로 건너간다고 쓴다. 시냅스에서는 신경 전달 물질이라는 화학 신호로 건넌다.
C2 축삭 안쪽 전극과 바깥 기준 전극 사이의 전압계가 있다. 신경 충격이 전극에 다가와 지나갈 때까지 전압계 값이 어떻게 바뀌는지 수치로 쓰라.
답: 처음 −70 mV(휴지 전위) → 충격이 전극 위에 오면 +40 mV까지 오름 → 지나간 뒤 −70 mV로 돌아옴.
C3 수용기가 따로 있어야 하는 이유는 무엇이고, 컴퓨터 쪽 인터페이스 장치 중 무엇과 같은 역할인가?
답: 뉴런은 전기·화학 신호만 다룬다. 빛·압력·소리 같은 물리 자극을 전기 신호로 바꿔 주는 단계가 있어야 신경계에 들어올 수 있다. 카메라 이미지 센서나 마이크 같은 센서(변환기)와 같은 역할이다.